Lad os overveje funktionerne i termodynamiske systemer. De forstås normalt som fysiske makroskopiske former, der består af et betydeligt antal partikler, hvilket ikke indebærer brugen af hver enkelt partikel til at beskrive de makroskopiske egenskaber.
Der er ingen begrænsninger på arten af de materialepartikler, der er bestanddele af sådanne systemer. De kan præsenteres i form af molekyler, atomer, ioner, elektroner, fotoner.
Ejendommeligheder
Lad os analysere de karakteristiske egenskaber ved termodynamiske systemer. Et eksempel er ethvert objekt, der kan observeres uden brug af teleskoper eller mikroskoper. For at give en fuldstændig beskrivelse af et sådant system vælges makroskopiske detaljer, takket være hvilke det er muligt at bestemme volumen, tryk, temperatur, elektrisk polarisering, magnetisk induktion, kemisk sammensætning og masse af komponenter.
For alle termodynamiske systemer er der betingede eller reelle grænser, der adskiller dem fra miljøet. I stedet bruges ofte termostatkonceptet, kendetegnet ved en så høj varmekapacitet, at temperaturindikatoren ved varmeveksling med det analyserede system forbliver uændret.
System klassificering
Lad os overveje, hvad klassificeringen af termodynamiske systemer er. Afhængigt af arten af dets interaktion med miljøet er det sædvanligt at skelne:
- isolerede arter, der ikke udveksler hverken stof eller energi med det ydre miljø;
- adiabatisk isoleret, ikke udveksle stof med det ydre miljø, men indgå i en udveksling af arbejde eller energi;
- I lukkede termodynamiske systemer er der ingen udveksling af stof, kun ændringer i energiværdien er tilladt;
- åbne systemer er karakteriseret ved fuldstændig overførsel af energi og stof;
- delvist åbne kan have semipermeable skillevægge og deltager derfor ikke fuldt ud i materialeudveksling.
Afhængigt af beskrivelsen kan parametrene for et termodynamisk system opdeles i komplekse og enkle muligheder.
Funktioner af simple systemer
Simple systemer kaldes ligevægtstilstande, hvis fysiske tilstand kan bestemmes af specifikt volumen, temperatur og tryk. Eksempler på termodynamiske systemer af denne type er isotrope legemer, der har ens egenskaber i forskellige retninger og punkter. Væsker, gasformige stoffer, faste stoffer, der er i termodynamisk ligevægtstilstand, udsættes således ikke for elektromagnetiske og gravitationskræfter, overfladespænding og kemiske transformationer. Analysen af simple legemer anerkendes i termodynamikken som vigtig og relevant fra et praktisk og teoretisk synspunkt.
Den indre energi i et termodynamisk system af denne type er forbundet med den omgivende verden. Ved beskrivelsen anvendes antallet af partikler og massen af stoffet for hver enkelt komponent.
Komplekse systemer
Komplekse termodynamiske systemer omfatter termodynamiske systemer, der ikke falder ind under simple typer. For eksempel er de magneter, dielektrika, faste elastiske legemer, superledere, fasegrænseflader, termisk stråling og elektrokemiske systemer. Som parametre, der bruges til at beskrive dem, bemærker vi fjederens eller stangens elasticitet, fasegrænsefladen og termisk stråling.
Et fysisk system er et sæt, hvor der ikke er nogen kemisk interaktion mellem stoffer inden for grænserne for temperatur og tryk, der er udvalgt til forskning. Og kemiske systemer er de muligheder, der involverer interaktion mellem dets individuelle komponenter.
Den indre energi i et termodynamisk system afhænger af dets isolation fra omverdenen. For eksempel kan man som en variant af en adiabatisk skal forestille sig en Dewar-kolbe. Homogen karakter manifesteres i et system, hvor alle komponenter har lignende egenskaber. Eksempler på dem er gasformige, faste og flydende opløsninger. Et typisk eksempel på en gasformig homogen fase er Jordens atmosfære.
Funktioner af termodynamik
Denne del af videnskaben beskæftiger sig med studiet af de grundlæggende mønstre af processer, der er forbundet med frigivelse og absorption af energi. Kemisk termodynamik involverer studiet af gensidige transformationer af de bestanddele af et system, etablering af mønstre for overgang af en type energi til en anden under givne forhold (tryk, temperatur, volumen).
Systemet, der er genstand for termodynamisk forskning, kan repræsenteres i form af ethvert naturligt objekt, herunder et stort antal molekyler, der er adskilt af en grænseflade med andre virkelige objekter. Et systems tilstand forstås som helheden af dets egenskaber, som gør det muligt at bestemme det ud fra termodynamikkens synspunkt.
Konklusion
I ethvert system observeres en overgang fra en type energi til en anden, og termodynamisk ligevægt etableres. Afsnittet af fysik, der beskæftiger sig med den detaljerede undersøgelse af transformationer, ændringer og bevarelse af energi, er af særlig betydning. For eksempel er det i kemisk kinetik muligt ikke kun at beskrive et systems tilstand, men også at beregne de forhold, der bidrager til dets forskydning i den ønskede retning.
Hess' lov, som relaterer entalpien og entropien af den undersøgte transformation, gør det muligt at identificere muligheden for en spontan reaktion og at beregne mængden af varme frigivet (absorberet) af et termodynamisk system.
Termokemi, baseret på termodynamikkens grundlæggende principper, er af praktisk betydning. Takket være dette afsnit af kemi udføres foreløbige beregninger af brændstofeffektivitet og muligheden for at indføre visse teknologier i den faktiske produktion i produktionen. Information opnået fra termodynamik gør det muligt at anvende fænomenerne elasticitet, termoelektricitet, viskositet og magnetisering til industriel produktion af forskellige materialer.
TERMODYNAMISK SYSTEM
TERMODYNAMISK SYSTEM
Et sæt af makroskopiske legemer, der kan interagere med hinanden og med andre legemer (ydre miljø) - udveksle energi og stoffer med dem. T.s. består af et så stort antal strukturelle partikler (atomer, molekyler), at dens tilstand kan karakteriseres makroskopisk. parametre: massefylde, tryk, koncentration af stoffer, der danner T.s. osv.
TERMODYNAMISK LIGGEVIND), hvis systemets parametre ikke ændrer sig over tid, og der ikke er noget stof i systemet. stationære strømninger (varme, vand osv.). For ligevægt T.s. begrebet temperatur introduceres som en parameter, der har samme værdi for alle makroskopiske objekter. dele af systemet. Antallet af uafhængige parametre for en tilstand er lig med antallet af frihedsgrader for T.S.; de resterende parametre kan udtrykkes i form af uafhængige parametre ved hjælp af tilstandsligningen. Ligevægtshelgener T.s. studerer ligevægtsprocesser (termostatik); hellige af ikke-ligevægtssystemer - .
Termodynamik betragter: lukkede termodynamiske systemer, der ikke udveksler stoffer med andre systemer, men som udveksler stoffer og energi med andre systemer; adiabatiske T. systemer, hvor det er fraværende med andre systemer; isolerede systemer, der ikke udveksler energi eller stoffer med andre systemer. Hvis systemet ikke er isoleret, kan dets tilstand ændre sig; ændring i tilstanden af T. s. hedder termodynamisk proces. T.s. kan være fysisk homogene (homogent system) og heterogene (heterogene system), bestående af flere. homogene dele med forskellige fysiske Hellige dig. Som et resultat af fase og kemikalie transformationer (se FASEOVERGANG) homogene T. s. kan blive heterogen og omvendt.
Fysisk encyklopædisk ordbog. - M.: Sovjetisk encyklopædi. . 1983 .
TERMODYNAMISK SYSTEM
Et sæt af makroskopiske legemer, der kan interagere med hinanden og med andre legemer (ydre miljø) - udveksle energi og stof med dem. T.s. består af et så stort antal strukturelle partikler (atomer, molekyler), at dens tilstand kan karakteriseres makroskopisk. parametre: massefylde, tryk, koncentration af stoffer, der danner faste stoffer osv.
T.s. er i ligevægt (jf. termodynamisk ligevægt), hvis systemets parametre ikke ændrer sig over tid, og der ikke er noget materiale i systemet. stationære strømninger (varme, stof osv.). For ligevægt T.s. konceptet introduceres temperatur Hvordan tilstandsparameter, har samme betydning for alle makroskopiske. dele af systemet. Antallet af uafhængige tilstandsparametre er lig med antallet grader af frihed T.S., de resterende parametre kan udtrykkes i form af uafhængige ved hjælp af tilstandsligninger. Egenskaber ved ligevægt T.s. undersøgelser termodynamik ligevægtsprocesser (termostatik), egenskaber ved ikke-ligevægtssystemer - termodynamik af ikke-ligevægtsprocesser.
Termodynamik overvejer: lukkede termodynamiske systemer, der ikke udveksler stof med andre systemer; åbne systemer, udveksling af stof og energi med andre systemer; a d i a b a t n e T.s., hvor der ikke er nogen varmeveksling med andre systemer; isoleret T. homogent system) og heterogent ( heterogene system), bestående af flere homogene dele med forskellige fysiske egenskaber. ejendomme. Som et resultat af fase og kemikalie transformationer (se Faseovergang) homogen T. s. kan blive heterogen og omvendt.
Lit.: Epshtein P.S., Kurs i termodynamik, trans. fra engelsk, M.-L., 1948; Leontovich M.A., Introduktion til termodynamik, 2. udgave, M.-L., 1951; Samoilovich A, G., Thermodynamics og, 2. udgave, M., 1955.
Fysisk encyklopædi. I 5 bind. - M.: Sovjetisk encyklopædi. Chefredaktør A. M. Prokhorov. 1988 .
Se, hvad "TERMODYNAMISK SYSTEM" er i andre ordbøger:
En makroskopisk krop isoleret fra miljøet ved hjælp af skillevægge eller skaller (de kan også være mentale, betingede) og karakteriseret ved makroskopiske parametre: volumen, temperatur, tryk osv. Til dette... ... Stor encyklopædisk ordbog
termodynamisk system- termodynamisk system; system Et sæt af kroppe, der energisk kan interagere med hinanden og med andre kroppe og udveksle stof med dem... Polyteknisk terminologisk forklarende ordbog
TERMODYNAMISK SYSTEM- et sæt fysiske legemer, der kan udveksle energi og stof med hinanden og med andre legemer (ydre miljø). T.s. er ethvert system bestående af et meget stort antal molekyler, atomer, elektroner og andre partikler med mange... ... Big Polytechnic Encyclopedia
termodynamisk system- Et legeme (et sæt kroppe), der er i stand til at udveksle energi og (eller) stof med andre kroppe (med hinanden). [Samling af anbefalede vilkår. Udgave 103. Termodynamik. USSR's Videnskabsakademi. Udvalget for Videnskabelig og Teknisk Terminologi. 1984... Teknisk oversættervejledning
termodynamisk system- - en vilkårligt udvalgt del af rummet indeholdende et eller flere stoffer og adskilt fra det ydre miljø af en reel eller betinget skal. Generel kemi: lærebog / A. V. Zholnin ... Kemiske termer
termodynamisk system- et makroskopisk legeme, adskilt fra miljøet af reelle eller imaginære grænser, som kan karakteriseres ved termodynamiske parametre: volumen, temperatur, tryk osv. Der er isolerede,... ... Encyklopædisk ordbog for metallurgi
En makroskopisk krop isoleret fra omgivelserne ved hjælp af skillevægge eller skaller (de kan også være mentale, betingede), som kan karakteriseres ved makroskopiske parametre: volumen, temperatur, tryk osv. For... ... encyklopædisk ordbog
Termodynamik ... Wikipedia
termodynamisk system- termodinaminė sistema statusas T sritis chemija apibrėžtis Kūnas (kūnų visuma), kurį nuo aplinkos skiria reali ar įsivaizduojama riba. atitikmenys: engl. termodynamisk system rus. termodynamisk system... Chemijos terminų aiškinamasis žodynas
termodynamisk system- termodiminė sistema statusas T sritis fizika atitikmenys: engl. termodynamisk system vok. thermodynamisches System, n rus. termodynamisk system, f pranc. système thermodynamique, m … Fizikos terminų žodynas
Introduktion. Emnet termisk teknik. Grundlæggende begreber og definitioner. Termodynamisk system. Tilstandsparametre. Temperatur. Tryk. Specifik volumen. Statsligning. Van der Waals ligning .
Forhold mellem enheder:
1 bar = 10 5 Pa
1 kg/cm2 (atmosfære) = 9,8067 10 4 Pa
1 mmHg st (millimeter kviksølv) = 133 Pa
1 mm vand. Kunst. (millimeter vandsøjle) = 9,8067 Pa
Massefylde - forholdet mellem et stofs masse og det volumen, som det pågældende stof optager.
Specifik volumen - det gensidige af tæthed, dvs. forholdet mellem et stofs volumen og dets masse.
Definition: Hvis i et termodynamisk system mindst en af parametrene for en hvilken som helst krop, der er inkluderet i systemet, ændres, så oplever systemet termodynamisk proces .
Grundlæggende termodynamiske parametre for staten P, V, T homogene legemer er afhængige af hinanden og er indbyrdes beslægtede ved tilstandsligningen:
F (P, V, T)
For en ideel gas skrives tilstandsligningen som:
P- tryk
v- specifik volumen
T- temperatur
R- gaskonstant (hver gas har sin egen værdi)
Hvis tilstandsligningen er kendt, er det nok at kende to uafhængige variable ud af 3 for at bestemme tilstanden af de enkleste systemer
P = fl (v, t); v = f2 (P, T); T = f3(v, P).
Termodynamiske processer er ofte afbildet på tilstandsgrafer, hvor tilstandsparametre er plottet langs akserne. Punkterne på planet af en sådan graf svarer til en bestemt tilstand af systemet, linjerne på grafen svarer til termodynamiske processer, der overfører systemet fra en tilstand til en anden.
Lad os overveje et termodynamisk system, der består af en krop af en eller anden gas i en beholder med et stempel, og beholderen og stemplet i dette tilfælde er det ydre miljø.
Lad for eksempel gassen opvarmes i en beholder, to tilfælde er mulige:
1) Hvis stemplet er fikseret, og volumenet ikke ændres, vil trykket i beholderen stige. Denne proces kaldes isokorisk(v = const), kører ved konstant volumen;
Ris. 1.1. Isokoriske processer i P-T koordinater: v 1 > v 2 > v 3
2) Hvis stemplet er frit, vil den opvarmede gas udvide sig; ved konstant tryk kaldes denne proces isobarisk (P= const), kører ved konstant tryk.
Ris. 1.2 Isobariske processer i v - T koordinater: P 1 > P 2 > P 3
Hvis man ved at flytte stemplet ændrer gasvolumen i beholderen, så vil gassens temperatur også ændre sig, dog kan man ved at afkøle beholderen under gaskompression og opvarme under ekspansion opnå, at temperaturen bliver konstant med ændringer i volumen og tryk kaldes denne proces isotermisk (T= konst).
Ris. 1.3 Isotermiske processer i P-v koordinater: T 1 > T 2 > T 3
En proces, hvor der ikke er varmeudveksling mellem systemet og miljøet kaldes adiabatisk mens mængden af varme i systemet forbliver konstant ( Q= konst). I det virkelige liv eksisterer der ikke adiabatiske processer, da det ikke er muligt fuldstændigt at isolere systemet fra miljøet. Der forekommer dog ofte processer, hvor varmeudvekslingen med omgivelserne er meget lille, for eksempel hurtig kompression af gas i en beholder med et stempel, når varmen ikke når at blive fjernet på grund af opvarmning af stempel og beholder.
Ris. 1.4 Tilnærmet graf over en adiabatisk proces i P-v koordinater
Definition: Cirkulær proces (cyklus) - er et sæt af processer, der returnerer systemet til dets oprindelige tilstand. Der kan være et hvilket som helst antal separate processer i en løkke.
Konceptet med en cirkulær proces er nøglen for os i termodynamik, da driften af et atomkraftværk er baseret på en damp-vand-cyklus, med andre ord kan vi overveje fordampning af vand i kernen, rotation af turbinerotoren ved damp, kondensering af damp og tilstrømning af vand ind i kernen som en slags lukket termodynamisk proces eller kredsløb.
Definition: Arbejdskrop - en vis mængde af et stof, der deltager i den termodynamiske cyklus, udfører nyttigt arbejde. Arbejdsvæsken i RBMK-reaktoranlægget er vand, som efter at være fordampet i kernen i form af damp virker i turbinen og roterer rotoren.
Definition: Overførsel af energi i en termodynamisk proces fra et legeme til et andet, forbundet med en ændring i volumen af arbejdsvæsken, med dens bevægelse i det ydre rum eller med en ændring i dens position kaldes procesarbejde .
Termodynamisk system
Teknisk termodynamik (t/d) undersøger mønstrene for gensidig omdannelse af varme til arbejde. Den etablerer forholdet mellem termiske, mekaniske og kemiske processer, der forekommer i varme- og kølemaskiner, studerer processer, der forekommer i gasser og dampe, samt egenskaberne af disse legemer under forskellige fysiske forhold.
Termodynamik er baseret på to grundlæggende love (principper) for termodynamikken:
Termodynamikkens første lov- loven om transformation og bevarelse af energi;
II termodynamiske lov- fastlægger betingelserne for forekomst og retning af makroskopiske processer i systemer bestående af et stort antal partikler.
Teknisk teknologi, der anvender de grundlæggende love til processerne til at konvertere varme til mekanisk arbejde og omvendt, gør det muligt at udvikle teorier om varmemotorer, studere de processer, der forekommer i dem osv.
Formålet med undersøgelsen er termodynamisk system, som kan være en gruppe af kroppe, en krop eller en del af en krop. Det, der er uden for systemet, kaldes miljø. Et T/D-system er en samling makroskopiske kroppe, der udveksler energi med hinanden og miljøet. For eksempel: et t/d-system er en gas placeret i en cylinder med et stempel, og miljøet er en cylinder, et stempel, luft og rumvægge.
Isoleret system - t/d-systemet interagerer ikke med miljøet.
Adiabatisk (varmeisoleret) system - systemet har en adiabatisk skal, som udelukker varmeveksling (varmeveksling) med omgivelserne.
Homogent system - et system, der har samme sammensætning og fysiske egenskaber i alle dets dele.
Homogent system - et homogent system i sammensætning og fysisk struktur, inden for hvilket der ikke er nogen grænseflader (is, vand, gasser).
Heterogent system
- et system bestående af flere homogene dele (faser) med forskellige fysiske egenskaber, adskilt fra hinanden af synlige grænseflader (is og vand, vand og damp).
I varmemotorer (motorer) udføres mekanisk arbejde ved hjælp af arbejdsvæsker - gas, damp.
Hvert systems egenskaber er karakteriseret ved en række størrelser, som normalt kaldes termodynamiske parametre. Lad os overveje nogle af dem ved at bruge de molekylære kinetiske begreber kendt fra fysikkurset om en ideel gas som en samling af molekyler, der har forsvindende små størrelser, er i tilfældig termisk bevægelse og kun interagerer med hinanden gennem kollisioner.
Trykket er forårsaget af vekselvirkningen mellem arbejdsfluidets molekyler og overfladen og er numerisk lig med kraften, der virker pr. arealenhed af kropsoverfladen vinkelret på sidstnævnte. I overensstemmelse med molekylær kinetisk teori bestemmes gastrykket af sammenhængen
Hvor n— antal molekyler pr. volumenenhed;
T— massen af molekylet; fra 2- rod gennemsnitlig hastighed af translationel bevægelse af molekyler.
I det internationale enhedssystem (SI) er tryk udtrykt i pascal (1 Pa = 1 N/m2). Da denne enhed er lille, er det mere bekvemt at bruge 1 kPa = 1000 Pa og 1 MPa = 10 6 Pa.
Tryk måles ved hjælp af trykmålere, barometre og vakuummålere.
Væske- og fjedertrykmålere måler manometertryk, som er forskellen mellem totalt eller absolut tryk R målt medium og atmosfærisk tryk
s atm, dvs.
Instrumenter til måling af tryk under atmosfærisk tryk kaldes vakuummålere; deres aflæsninger giver vakuum (eller vakuum) værdi:
dvs. overskydende atmosfærisk tryk i forhold til absolut tryk.
Det skal bemærkes, at tilstandsparameteren er absolut tryk. Dette er hvad der indgår i termodynamiske ligninger.
Temperaturkaldes en fysisk størrelse, der karakteriserer graden af opvarmning af kroppen. Begrebet temperatur følger af følgende udsagn: hvis to systemer er i termisk kontakt, så vil hvis deres temperaturer er ulige, de udveksler varme med hinanden, men hvis deres temperaturer er ens, så vil der ikke være nogen varmeudveksling.
Fra molekylærkinetiske begrebers synspunkt er temperatur et mål for intensiteten af molekylers termiske bevægelse. Dens numeriske værdi er relateret til den gennemsnitlige kinetiske energi af stoffets molekyler:
Hvor k- Boltzmann konstant lig med 1,380662,10? 23 J/K. Temperaturen T defineret på denne måde kaldes absolut.
SI-enheden for temperatur er kelvin (K); i praksis er grader Celsius (°C) meget brugt. Forholdet mellem absolut T og celsius jeg temperaturer har formen
Under industrielle og laboratoriemæssige forhold måles temperaturen ved hjælp af flydende termometre, pyrometre, termoelementer og andre instrumenter.
Specifik volumen v— er volumenet pr. masseenhed af et stof. Hvis en homogen masse af masse M fylder volumen v, så per definition
v= V/M.
I SI-systemet er enheden for specifikt volumen 1 m 3 /kg. Der er et åbenlyst forhold mellem det specifikke volumen af et stof og dets massefylde:
For at sammenligne mængder, der karakteriserer systemer i identiske tilstande, introduceres begrebet "normale fysiske forhold":
s= 760 mmHg = 101,325 kPa; T= 273,15 K.
Forskellige grene af teknologi og forskellige lande introducerer deres egne "normale forhold", noget anderledes end dem, der er givet, for eksempel "tekniske" ( s= 735,6 mm Hg. = 98 kPa, t= 15°C) eller normale forhold til vurdering af kompressorydelse ( s= 101.325 kPa, t= 20°C) osv.
Hvis alle termodynamiske parametre er konstante i tid og ens på alle punkter i systemet, kaldes denne tilstand af systemet equi-fjeder.
Hvis der er forskelle i temperatur, tryk og andre parametre mellem forskellige punkter i systemet, så er det det ikke ligevægt. I et sådant system opstår der under påvirkning af parametergradienter strømme af varme, stoffer og andre, der stræber efter at bringe det tilbage til en ligevægtstilstand. Det viser erfaringen Et isoleret system når altid en tilstand af ligevægt over tid og kan aldrig spontant forlade den. I klassisk termodynamik betragtes kun ligevægtssystemer.
Statsligning. For et termodynamisk ligevægtssystem er der et funktionelt forhold mellem tilstandsparametrene, som kaldes tilstandsligning. Erfaring viser, at det specifikke volumen, temperaturen og trykket i de enkleste systemer, som er gasser, dampe eller væsker, hænger sammen termisk ligning synstilstand:
Tilstandsligningen kan gives en anden form:
Disse ligninger viser, at af de tre hovedparametre, der bestemmer systemets tilstand, er to uafhængige.
For at løse problemer ved hjælp af termodynamiske metoder er det absolut nødvendigt at kende tilstandsligningen. Det kan dog ikke opnås inden for termodynamikkens rammer og skal findes enten eksperimentelt eller ved statistisk fysiks metoder. Den specifikke form for tilstandsligningen afhænger af stoffets individuelle egenskaber.
Termodynamisk system- dette er en del af den materielle verden, adskilt fra miljøet af reelle eller imaginære grænser og er genstand for undersøgelse af termodynamikken. Miljøet er meget større i volumen, og derfor er ændringer i det ubetydelige sammenlignet med ændringer i systemets tilstand. I modsætning til mekaniske systemer, som består af et eller flere legemer, indeholder et termodynamisk system et meget stort antal partikler, hvilket giver helt nye egenskaber og kræver forskellige tilgange til at beskrive sådanne systemers tilstand og adfærd. Det termodynamiske system er makroskopisk objekt.
Klassificering af termodynamiske systemer
1. Efter sammensætning
Et termodynamisk system består af komponenter. Komponent - er et stof, der kan isoleres fra systemet og eksistere udenfor det, dvs. komponenter er uafhængige stoffer.
En-komponent.
To-komponent eller binær.
Tre-komponent - tredobbelt.
Multikomponent.
2. Efter fasesammensætning– homogen og heterogen
Homogen systemer har de samme makroskopiske egenskaber på ethvert punkt i systemet, primært temperatur, tryk, koncentration, samt mange andre, for eksempel brydningsindeks, dielektrisk konstant, krystalstruktur osv. Homogene systemer består af en enkelt fase.
Fase er en homogen del af systemet, adskilt fra andre faser af en grænseflade og karakteriseret ved sin egen tilstandsligning. Fase og aggregeringstilstand er overlappende, men ikke identiske begreber. Der er kun 4 aggregeringstilstande; der kan være mange flere faser.
Heterogen Systemer består af mindst to faser.
3. Efter type forhold til miljøet(ifølge mulighederne for udveksling med miljøet).
Isoleret systemet udveksler hverken energi eller stof med miljøet. Dette er et idealiseret system, som i princippet ikke kan studeres eksperimentelt.
Lukket systemet kan udveksle energi med miljøet, men udveksler ikke stof.
Åben systemet udveksler både energi og stof
TDS tilstand
TDS tilstand er helheden af alle dets målbare makroskopiske egenskaber, som derfor har et kvantitativt udtryk. Egenskabernes makroskopiske karakter betyder, at de kun kan henføres til systemet som helhed, og ikke til de enkelte partikler, der udgør den nære binære struktur (T, p, V, c, U, nk). Kvantitative karakteristika ved staten hænger sammen. Derfor er der et minimumssæt af systemkarakteristika kaldet parametre , hvis specifikation giver os mulighed for fuldt ud at beskrive systemets egenskaber. Antallet af disse parametre afhænger af systemtypen. I det enkleste tilfælde, for et lukket homogent gassystem i en tilstand af ligevægt, er det nok kun at indstille 2 parametre. For et åbent system er det ud over disse 2 karakteristika ved systemet nødvendigt at specificere antallet af mol af hver komponent.
Termodynamiske variable er opdelt i:
- ydre, som bestemmes af systemets egenskaber og koordinater i miljøet og afhænger af systemets kontakter med miljøet, for eksempel massen og antallet af komponenter, elektrisk feltstyrke, antallet af sådanne variable er begrænset;
- indre, som karakteriserer systemets egenskaber, for eksempel tæthed, intern energi, antallet af sådanne parametre er ubegrænset;
- omfattende, som er direkte proportionale med systemets masse eller antallet af partikler, for eksempel volumen, energi, entropi, varmekapacitet;
-intens, som ikke afhænger af systemets masse, for eksempel temperatur, tryk.
TDS-parametre er relateret til hinanden ved en relation kaldet ligningstilstand systemer. Generelt syn på det f(p,V , T)= 0. En af FH's vigtigste opgaver er at finde tilstandsligningen for ethvert system. Indtil videre er den nøjagtige tilstandsligning kun kendt for ideelle gasser (Clapeyron-Mendeleev-ligningen).
pV = nRT, ( 1.1)
Hvor R– universel gaskonstant = 8,314 J/(mol.K).
[p] = Pa, 1 atm = 1,013*105 Pa = 760 mm Hg,
[V] = m3, [T] = K, [n] = mol, N = 6,02*1023 mol-1. Reelle gasser er kun tilnærmelsesvis beskrevet af denne ligning, og jo højere tryk og lavere temperatur, jo større er afvigelsen fra denne tilstandsligning.
Skelne ligevægt Og ikke ligevægt tilstand af TDS.
Klassisk termodynamik er normalt begrænset til overvejelser om ligevægtstilstande i tætte binære systemer. Ligevægt - dette er den tilstand, som TDS spontant kommer til, og i hvilken den kan eksistere i det uendelige i fravær af ydre påvirkninger. For at bestemme ligevægtstilstanden kræves der altid et mindre antal parametre end for ikke-ligevægtssystemer.
Ligevægtstilstanden er opdelt i:
- bæredygtige(stabil) tilstand, hvor enhver infinitesimal påvirkning kun forårsager en uendelig ændring i tilstanden, og når denne påvirkning er elimineret, vender systemet tilbage til sin oprindelige tilstand;
- metastabil en tilstand, hvor nogle endelige påvirkninger forårsager endelige ændringer i tilstanden, som ikke forsvinder, når disse påvirkninger elimineres.
En ændring i tilstanden af et kropsnært system forbundet med en ændring i mindst en af dets termodynamiske variable kaldes termodynamisk proces. En ejendommelighed ved beskrivelsen af termodynamiske processer er, at de ikke er karakteriseret ved hastigheden af ændringer i egenskaber, men af størrelsen af ændringerne. En proces i termodynamik er en sekvens af tilstande i et system, der fører fra det indledende sæt af termodynamiske parametre til det sidste. Der skelnes mellem følgende termodynamiske processer:
- spontan, til gennemførelsen af, hvis du ikke behøver at bruge energi;
- ikke-spontan, opstår kun, når energi er brugt;
- irreversibel(eller nonequilibrium) - når det som følge af processen er umuligt at returnere systemet til dets oprindelige tilstand.
-reversibel - det er idealiserede processer, der passerer frem og tilbage gennem de samme mellemtilstande, og efter afslutningen af cyklussen observeres ingen ændringer hverken i systemet eller i miljøet.
Status funktioner– disse er karakteristika ved systemet, der kun afhænger af statens parametre, men ikke afhænger af metoden til at opnå det.
Statsfunktioner er karakteriseret ved følgende egenskaber:
Uendelig lille funktionsændring f er en total forskel df;
Ændringen i funktion ved overgang fra tilstand 1 til tilstand 2 bestemmes kun af disse tilstande ∫ df = f 2 – f 1
Som et resultat af enhver cyklisk proces ændres tilstandsfunktionen ikke, dvs. lig med nul.
Varme og arbejde– metoder til energiudveksling mellem RDS og miljøet. Varme og arbejde er karakteristika ved en proces; de er ikke tilstandsfunktioner.
Job- en form for energiudveksling på makroskopisk niveau, når der sker en rettet bevægelse af et objekt. Arbejdet anses for positivt, hvis det udføres af systemet mod eksterne kræfter.
Varme– en form for energiudveksling på mikroskopisk niveau, dvs. i form af en ændring i molekylernes kaotiske bevægelse. Det er almindeligt accepteret, at den varme, som systemet modtager, og det arbejde, der udføres på det, er positiv, dvs. det "egoistiske princip" fungerer .
De mest almindeligt anvendte enheder for energi og arbejde, især inden for termodynamik, er SI joule (J) og den ikke-systemiske enhed kalorie (1 cal = 4,18 J).
Afhængigt af genstandens art skelnes der mellem forskellige typer arbejde:
1. Mekanisk - kropsbevægelse
dA pels = - F ex dl.(2.1)
Arbejde er det skalære produkt af 2 vektorer af kraft og forskydning, dvs.
|dA pels | = F dl cosα. Hvis retningen af den ydre kraft er modsat bevægelsen udført af de indre kræfter, så cosα < 0.
2. Forlængelse operation (gasudvidelse overvejes oftest)
dA = -p dV (1.7)
Det skal dog huskes, at dette udtryk kun gælder for en reversibel proces.
3. Elektrisk – bevægelse af elektriske ladninger
dA el = -jdq,(2.2)
Hvor j- elektrisk potentiale.
4. Overfladisk - ændring i overfladeareal,
dA overflade = -sdS,(2.3)
Hvor s- overfladespænding.
5. Generelt udtryk for arbejde
dA = - Ydx,(2.4)
Y- generaliseret kraft, dx- generaliseret koordinat, så arbejdet kan betragtes som produktet af en intensiv faktor og en ændring af en ekstensiv faktor.
6. Alle former for arbejde, undtagen udvidelsesarbejder, kaldes nyttig arbejde (dA'). dA = рdV + dА' (2,5)
7. I analogi kan vi introducere begrebet kemisk arbejde, når du bevæger dig retningsbestemt k- det kemiske stof, n k– omfattende ejendom, mens intensiv parameter m k kaldet kemisk potentiale k-th stof
dA kemikalie = -Sm k dn k. (2.6)
Definition 1
Et termodynamisk system er en samling og konstanthed af makroskopiske fysiske legemer, der altid interagerer med hinanden og med andre elementer og udveksler energi med dem.
I termodynamik forstår de normalt et system som en makroskopisk fysisk form, der består af et stort antal partikler, der ikke indebærer brugen af makroskopiske indikatorer til at beskrive hvert enkelt element. Der er ingen visse begrænsninger i arten af materielle organer, der er bestanddele af sådanne begreber. De kan repræsenteres som atomer, molekyler, elektroner, ioner og fotoner
Termodynamiske systemer findes i tre hovedtyper:
- isoleret - der er ingen udveksling med stof eller energi med miljøet;
- lukket - kroppen er ikke forbundet med miljøet;
- åben - der er både energi- og masseudveksling med ydre rum.
Energien i ethvert termodynamisk system kan opdeles i energi, der afhænger af systemets position og bevægelse, samt energi, der er bestemt af bevægelsen og interaktionen af mikropartikler, der danner konceptet. Den anden del kaldes i fysikken for systemets indre energi.
Funktioner af termodynamiske systemer
Figur 1. Typer af termodynamiske systemer. Author24 - online udveksling af studerendes arbejde
Note 1
De karakteristiske kendetegn ved systemer i termodynamik kan være ethvert objekt, der observeres uden brug af mikroskoper og teleskoper.
For at give en fuldstændig beskrivelse af et sådant koncept er det nødvendigt at vælge makroskopiske detaljer, hvorigennem det er muligt nøjagtigt at bestemme tryk, volumen, temperatur, magnetisk induktion, elektrisk polarisering, kemisk sammensætning og masse af bevægelige komponenter.
For alle termodynamiske systemer er der betingede eller reelle grænser, der adskiller dem fra miljøet. I stedet overvejer de ofte konceptet med en termostat, som er kendetegnet ved en så høj varmekapacitet, at ved varmeveksling med det analyserede koncept forbliver temperaturparameteren uændret.
Afhængigt af den generelle karakter af interaktionen mellem et termodynamisk system og miljøet, er det sædvanligt at skelne:
- isolerede arter, der ikke udveksler hverken stof eller energi med det ydre miljø;
- adiabatisk isolerede - systemer, der ikke udveksler stof med det ydre miljø, men indgår i en udveksling af energi;
- lukkede systemer - dem, der ikke udveksler med stof; kun en lille ændring i værdien af intern energi er tilladt;
- åbne systemer - dem, der er karakteriseret ved fuldstændig overførsel af energi og stof;
- delvist åben - har semipermeable skillevægge, derfor deltager de ikke fuldt ud i materialeudveksling.
Afhængigt af formuleringen kan betydningen af det termodynamiske koncept opdeles i enkle og komplekse muligheder.
Intern energi af systemer i termodynamik
Figur 2. Intern energi i et termodynamisk system. Author24 - online udveksling af studerendes arbejde
Note 2
De vigtigste termodynamiske indikatorer, som direkte afhænger af systemets masse, inkluderer intern energi.
Det inkluderer kinetisk energi på grund af bevægelse af elementære partikler af stof, såvel som potentiel energi, der opstår under interaktionen mellem molekyler med hinanden. Denne parameter er altid entydig. Det vil sige, at betydningen og realiseringen af indre energi er konstant, når konceptet er i den ønskede tilstand, uanset metoden, hvormed denne position blev opnået.
I systemer, hvis kemiske sammensætning forbliver uændret under energitransformationer, er det ved bestemmelse af intern energi vigtigt kun at tage hensyn til energien fra termisk bevægelse af materialepartikler.
Et godt eksempel på et sådant system inden for termodynamik er en ideel gas. Fri energi er en vis mængde arbejde, som en fysisk krop kunne udføre i en isotermisk reversibel proces, eller fri energi repræsenterer den maksimalt mulige funktionalitet, som et koncept kan udføre, idet den besidder en betydelig forsyning af intern energi. Systemets indre energi er lig med summen af den bundne og frie spænding.
Definition 2
Bundet energi er den del af indre energi, der ikke er i stand til selvstændigt at blive til arbejde - dette er et devalueret element af indre energi.
Ved samme temperatur stiger denne parameter med stigende entropi. Således er entropien af et termodynamisk system et mål for leveringen af dets oprindelige energi. I termodynamik er der en anden definition - energitab i et stabilt isoleret system
En reversibel proces er en termodynamisk proces, der kan forløbe hurtigt i både baglæns og fremadgående retning, passerer gennem de samme mellempositioner, hvor konceptet til sidst vender tilbage til sin oprindelige tilstand uden forbrug af indre energi, og ingen makroskopiske ændringer forbliver i omgivelserne. plads.
Reversible processer giver maksimalt arbejde. I praksis er det umuligt at opnå de bedste resultater fra systemet. Dette giver en teoretisk betydning for reversible fænomener, som forløber uendeligt langsomt og kun kan nærmes på korte afstande.
Definition 3
I videnskaben er irreversibel en proces, der ikke kan udføres i den modsatte retning gennem de samme mellemtilstande.
Alle virkelige fænomener er under alle omstændigheder irreversible. Eksempler på sådanne effekter er termisk diffusion, diffusion, viskøs strømning og termisk ledning. Overgangen af kinetisk og indre energi af makroskopisk bevægelse gennem konstant friktion til varme, det vil sige ind i selve systemet, er en irreversibel proces.
Systemtilstandsvariabler
Tilstanden af ethvert termodynamisk system kan bestemmes af den aktuelle kombination af dets karakteristika eller egenskaber. Alle nye variabler, der kun er fuldt bestemt på et bestemt tidspunkt og ikke afhænger af, hvordan konceptet kom til denne position, kaldes termodynamiske tilstandsparametre eller grundlæggende funktioner i rummet.
I termodynamik betragtes et system som stationært, hvis de variable værdier forbliver stabile og ikke ændrer sig over tid. En af mulighederne for en stationær tilstand er termodynamisk ligevægt. Enhver, selv den mest ubetydelige, ændring i konceptet er allerede en fysisk proces, så den kan indeholde fra en til flere variable tilstandsindikatorer. Rækkefølgen, hvor et systems tilstande systematisk transformeres til hinanden, kaldes "processtien."
Desværre eksisterer der stadig forvirring med termer og detaljerede beskrivelser, fordi den samme variabel i termodynamik enten kan være uafhængig eller resultatet af tilføjelsen af flere funktioner i systemet på én gang. Derfor kan udtryk som "tilstandsparameter", "tilstandsfunktion", "tilstandsvariabel" nogle gange betragtes som synonymer.